沈鄭燕 王萬(wàn)民

摘要：考慮到在傳統(tǒng)的刑事案件偵查過(guò)程中，大都結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的痕跡物證，通過(guò)二維圖像的形式對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行固定，并對(duì)犯罪過(guò)程進(jìn)行還原，案件現(xiàn)場(chǎng)重建效果存在局限性，為解決這一問(wèn)題，在三維建模技術(shù)的基礎(chǔ)上，深入剖析了3ds Max的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，歸納了犯罪現(xiàn)場(chǎng)立體化重建的四種模式，并結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)提出一種可行的虛擬犯罪現(xiàn)場(chǎng)重建方案。通過(guò)該方案能夠重建出具有沉浸感體驗(yàn)的和交互式分析的虛擬犯罪現(xiàn)場(chǎng)，為更加全面真實(shí)的還原案件情況提供技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：3ds Max；三維建模；刑事案件；現(xiàn)場(chǎng)重建；虛擬現(xiàn)實(shí)

中圖分類號(hào)：TP391.72 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）32-0256-03

Abstract： Considering that in the traditional criminal case investigation process， most of the scene is fixed through two-dimensional images， and the criminal process is restored by combining traces and physical evidence， so the reconstruction effect of the scene is limited. To solve this problem， on the basis of 3d modeling technology， the application advantages of 3ds Max were analyzed in depth， and four modes of three-dimensional reconstruction of crime scene were summarized. Combining with virtual reality technology， a feasible virtual crime scene reconstruction scheme was proposed. Through this scheme， the virtual crime scene with immersive experience and interactive analysis can be reconstructed， providing technical support for more comprehensive and real cases reduction.

Key words： 3ds Max； three-dimensional modeling； criminal cases； scene reconstruction； virtual reality

在刑事案件偵查中，犯罪現(xiàn)場(chǎng)包含了一切與犯罪活動(dòng)有關(guān)的原始信息，根據(jù)案發(fā)后犯罪現(xiàn)場(chǎng)的物證、書證，以及現(xiàn)場(chǎng)勘驗(yàn)結(jié)論和訪問(wèn)情況，將諸多孤立無(wú)序的信息進(jìn)行歸納整理，通過(guò)邏輯推理、形象展示或?qū)嵨锬M的方式，能夠重新構(gòu)建犯罪現(xiàn)場(chǎng)，再現(xiàn)犯罪過(guò)程，進(jìn)而分析出犯罪行為人自身存在的某些特征[1-2]。犯罪現(xiàn)場(chǎng)重建一直是公安技術(shù)聚焦的研究熱點(diǎn)之一，在刑事案件偵查和法庭訴訟[3]中都有廣泛的應(yīng)用，對(duì)獲取關(guān)鍵破案線索和形成證據(jù)鏈意義重大。犯罪現(xiàn)場(chǎng)重建時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)勘驗(yàn)技術(shù)人員對(duì)犯罪現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)的記錄往往是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)筆錄、現(xiàn)場(chǎng)繪圖、現(xiàn)場(chǎng)照相和錄像來(lái)實(shí)現(xiàn)，所獲取的信息局限于二維平面。而在信息技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，信息的立體化呈現(xiàn)、交互式操作和沉浸感體驗(yàn)已非難事，本文將全面分析3ds Max三維建模軟件在公安信息化工作中的應(yīng)用，結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，簡(jiǎn)稱VR）等新技術(shù)探討犯罪現(xiàn)場(chǎng)重建，解決傳統(tǒng)方法存在的問(wèn)題，提高信息的利用率和可視化效果。

1 3ds Max應(yīng)用優(yōu)勢(shì)分析

3ds Max是由Autodesk公司的Discreet分部研發(fā)制作的著名建模軟件，功能強(qiáng)大，被廣泛應(yīng)用于建筑設(shè)計(jì)、廣告設(shè)計(jì)、游戲制作等。使用3ds Max軟件進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)重建主要是對(duì)犯罪現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境、犯罪行為發(fā)生的過(guò)程等進(jìn)行虛擬展示，以便技術(shù)人員進(jìn)行分析，在具體應(yīng)用中，3ds Max表現(xiàn)突出。

1.1 建模性能比較

目前，實(shí)現(xiàn)三維建模的方式主要包括幾何繪制建模、真實(shí)圖像建模和三維掃描建模。

幾何繪制建模大都借助專業(yè)軟件，用幾何圖形構(gòu)建三維場(chǎng)景，通過(guò)材質(zhì)貼圖、紋理映射及燈光效果等得到逼真的實(shí)景[4]。3ds Max軟件建模技術(shù)屬于典型的幾何繪制建模，模型與真實(shí)場(chǎng)景相對(duì)應(yīng)，視角靈活多變，有利于人機(jī)交互操作，且成本低、易推廣，但建模精度受人的技術(shù)水平影響，對(duì)于大型復(fù)雜場(chǎng)景的制作周期較長(zhǎng)。

真實(shí)圖像建模以現(xiàn)場(chǎng)采集到的數(shù)碼照片為基礎(chǔ)，利用Autodesk 123D catch、Agisoft Photoscan、iWitness等軟件建立三維模型，在照片質(zhì)量好的情況下建模精度可達(dá)厘米級(jí)[5-6]，真實(shí)感很強(qiáng)。但該方式得到的建模效果受多方面因素影響，如拍攝器材分辨率、拍攝角度、拍攝數(shù)量等，后期還需要大量的計(jì)算進(jìn)行圖像特征提取和點(diǎn)云處理，建模效率較低。此外，基于真實(shí)圖像的建模往往缺乏深度信息，視點(diǎn)變化受到限制。

三維掃描建模需要使用三維激光掃描系統(tǒng)捕捉物體的三維空間數(shù)據(jù)，根據(jù)掃描范圍又分為機(jī)載三維激光掃描系統(tǒng)、地面三維激光掃描系統(tǒng)和手持三維激光掃描系統(tǒng)[7-8]。掃描得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)剔除野點(diǎn)、配準(zhǔn)和去噪等預(yù)處理，生成三角網(wǎng)格逼近實(shí)體，再通過(guò)紋理映射獲得真實(shí)感。三維掃描建模雖然速度較快且質(zhì)量好，但仍存在數(shù)據(jù)可視化重建誤差、地面遮擋物掃描困難等技術(shù)缺陷，且設(shè)備成本高，不易推廣應(yīng)用。

總體來(lái)看，三種建模方式都有各自的特點(diǎn)，但對(duì)于犯罪現(xiàn)場(chǎng)重建來(lái)說(shuō)，幾何繪制建模具有不可替代的作用，除了細(xì)節(jié)層次豐富、交互方便外，在對(duì)某些犯罪假設(shè)創(chuàng)建模型和動(dòng)畫、模擬人體動(dòng)作等方面，幾何繪制建模仍占主導(dǎo)地位。而與同類軟件Maya、Cinema 4D等相比，3ds Max兼顧了靈活性和易用性，對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的開發(fā)支持較好。

1.2 展示效果比較

與傳統(tǒng)信息記錄方式相比，基于3ds Max三維建模技術(shù)可以將現(xiàn)場(chǎng)搜集到的信息進(jìn)行更好的展示，主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：

1） 信息構(gòu)建立體化

傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)重建中，現(xiàn)場(chǎng)的狀況以文字或圖形圖像的形式展現(xiàn)于二維平面上，而使用3ds Max軟件構(gòu)建立體化的現(xiàn)場(chǎng)，能使信息在三維空間內(nèi)展示（如圖1所示），更加直觀，避免了技術(shù)人員的主觀臆想和誤判。

2） 信息展示系統(tǒng)化

在傳統(tǒng)扁平化的現(xiàn)場(chǎng)記錄方式中，時(shí)間、空間的連續(xù)性和完整性往往得不到保障，信息展示呈碎片化狀態(tài)。現(xiàn)場(chǎng)錄像雖將外圍現(xiàn)場(chǎng)、中心現(xiàn)場(chǎng)等通過(guò)時(shí)間坐標(biāo)聯(lián)系了起來(lái)，具備時(shí)間連續(xù)性，但空間整體性把握困難，仍屬于一種碎片化的展示。而利用3ds Max軟件對(duì)模型進(jìn)行多場(chǎng)景渲染、制作動(dòng)畫等，可以實(shí)現(xiàn)案發(fā)環(huán)境、作案過(guò)程的全方位、系統(tǒng)化的展示，有利于案情分析。

3） 信息體驗(yàn)多元化

基于傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)記錄方式的犯罪現(xiàn)場(chǎng)重建單純依賴于觀察和思考，信息體驗(yàn)十分單一，必須通過(guò)對(duì)平面信息進(jìn)行整合、反復(fù)推敲，才能正確重構(gòu)犯罪過(guò)程。這無(wú)疑要求技術(shù)人員需具備豐富的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬎季S能力，能夠理解、加工單一化的文字或影像。而在3ds Max軟件建模的基礎(chǔ)上，結(jié)合VR技術(shù)，能創(chuàng)建出沉浸式的虛擬交互場(chǎng)景，充分調(diào)動(dòng)使用者的視覺、聽覺、觸覺等感官，在多元化體驗(yàn)的基礎(chǔ)上分析判斷案件事實(shí)。

2 犯罪現(xiàn)場(chǎng)重建中3ds Max的應(yīng)用模式

使用3ds Max軟件進(jìn)行虛擬犯罪現(xiàn)場(chǎng)重建時(shí)，可以根據(jù)不同的實(shí)現(xiàn)效果展開，大致分為以下四種模式：

1）靜態(tài)渲染模式

根據(jù)需要建立現(xiàn)場(chǎng)的三維模型和場(chǎng)景，配以和案發(fā)現(xiàn)場(chǎng)時(shí)空相吻合的燈光、材質(zhì)后，使用渲染器進(jìn)行渲染，3ds Max除內(nèi)置渲染器外，與其兼容的還有VRray渲染器、Brazil渲染器、Renderman渲染器等，國(guó)內(nèi)制作中多使用VRay渲染器，但近年來(lái)一些后起之秀如Corona渲染器[9]也表現(xiàn)出強(qiáng)勁的發(fā)展勢(shì)頭。通過(guò)渲染器的渲染，制作好的三維場(chǎng)景能表現(xiàn)出質(zhì)感、光影效果等，呈現(xiàn)出一個(gè)層次豐富、細(xì)節(jié)逼真的靜態(tài)虛擬現(xiàn)場(chǎng)。

2）三維動(dòng)畫模式

3ds Max軟件動(dòng)畫系統(tǒng)功能強(qiáng)大，創(chuàng)建動(dòng)畫的方式包括路徑動(dòng)畫、關(guān)鍵幀動(dòng)畫、修改器動(dòng)畫、骨骼動(dòng)畫、腳本動(dòng)畫等，此外還有豐富的動(dòng)畫特效插件可以使用，如FumeFX氣態(tài)流體系統(tǒng)、AfterBurn煙云爆炸系統(tǒng)、RealFlow液態(tài)流體系統(tǒng)等。其中，特效插件使用方便效果好，而腳本動(dòng)畫則需要編寫程序，有一定難度。通過(guò)創(chuàng)建三維動(dòng)畫可以將犯罪現(xiàn)場(chǎng)的空間與時(shí)間相關(guān)聯(lián)，經(jīng)過(guò)后期制作實(shí)現(xiàn)犯罪分子整個(gè)作案過(guò)程的動(dòng)態(tài)還原。

3）全景展示模式

全景技術(shù)分為360°全景和720°全景[10]，通過(guò)多張圖像的拼接，實(shí)現(xiàn)對(duì)某個(gè)場(chǎng)景水平360°的環(huán)視甚至是包含上下方位的俯、仰視觀察。在3ds Max三維場(chǎng)景中合適的位置上設(shè)置攝像機(jī)，通過(guò)軟件自帶的全景導(dǎo)出器或VRay插件全景設(shè)置能夠渲染出全景圖。全景技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于全方位的互動(dòng)觀察，因此，對(duì)渲染好的犯罪現(xiàn)場(chǎng)全景圖，可以結(jié)合pano2VR[11]等軟件，制作漫游效果或設(shè)置熱點(diǎn)實(shí)現(xiàn)交互，有利于虛擬犯罪現(xiàn)場(chǎng)的展示和案情分析。

4）虛擬現(xiàn)實(shí)模式

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種能夠創(chuàng)建三維模擬環(huán)境，使用戶沉浸于虛擬世界，進(jìn)行體驗(yàn)或交互的綜合性系統(tǒng)仿真技術(shù)?；谔摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)建立虛擬犯罪現(xiàn)場(chǎng)，需將3ds Max制作完成的模型導(dǎo)入到虛擬現(xiàn)實(shí)開發(fā)平臺(tái)中，通過(guò)進(jìn)一步的程序設(shè)計(jì)完成虛擬現(xiàn)實(shí)犯罪現(xiàn)場(chǎng)的重建。與全景展示模式相比，虛擬現(xiàn)實(shí)模式更注重信息體驗(yàn)的沉浸感，交互也更加靈活自如。

根據(jù)上述四種模式衍生出的虛擬犯罪現(xiàn)場(chǎng)重建方案，都能達(dá)到比傳統(tǒng)犯罪現(xiàn)場(chǎng)重建更加形象生動(dòng)的效果。其中，虛擬現(xiàn)實(shí)模式是最好的選擇也是未來(lái)的發(fā)展方向，基于此的犯罪現(xiàn)場(chǎng)重建能夠立體化展示現(xiàn)場(chǎng)空間，交互式關(guān)聯(lián)時(shí)空坐標(biāo)，使技術(shù)人員沉浸于刑事案件的整個(gè)模擬時(shí)空內(nèi)進(jìn)行觀察分析，因此，著重對(duì)該方案進(jìn)行探討。

3 3ds Max虛擬現(xiàn)實(shí)犯罪現(xiàn)場(chǎng)重建方案

3ds Max犯罪現(xiàn)場(chǎng)重建的虛擬現(xiàn)實(shí)模式中，需要利用相關(guān)軟件平臺(tái)和交互設(shè)備來(lái)完成。目前主流的虛擬現(xiàn)實(shí)開發(fā)平臺(tái)包括美國(guó)海軍研究院開發(fā)的Delta 3D[12]、法國(guó)的Virtools[13]、荷蘭的Quest3D[14]等，還包括Epic Games研發(fā)的Unreal Engine 4[15]、丹麥的Unity3d[16]等知名游戲開發(fā)引擎。交互設(shè)備除了傳統(tǒng)的游戲手柄外，還包括數(shù)據(jù)手套[17]、全身動(dòng)作捕捉、眼控和頭部跟蹤[18]、力反饋設(shè)備等，比較著名的如Play Station Move手柄、Oculus Touch、Manus手套。

開發(fā)平臺(tái)方面，Unity3d容易上手，適合小團(tuán)隊(duì)，開發(fā)周期短，它最出色的地方在于其跨平臺(tái)特性，可方便快速地在Windows、Android、IOS、Web瀏覽器等平臺(tái)進(jìn)行發(fā)布，滿足多種使用需求。而對(duì)于VR交互設(shè)備，Oculus系列產(chǎn)品對(duì)Unity3d引擎有完整的開發(fā)支持[19]，包括Oculus Rift、Oculus Touch等。因此，一種可行的基于虛擬現(xiàn)實(shí)的犯罪現(xiàn)場(chǎng)重建方案如圖2所示，主要流程步驟如下：詳細(xì)了解案情，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)模塊，如第一現(xiàn)場(chǎng)、第二現(xiàn)場(chǎng)等；關(guān)聯(lián)案件現(xiàn)場(chǎng)的具體時(shí)空關(guān)系，劃分出需要建模的具體場(chǎng)景，時(shí)間上可以按犯罪分子的活動(dòng)順序進(jìn)行，空間上可以按照方位、概貌、重點(diǎn)部位和細(xì)目層層深入；在3ds Max軟件中分別對(duì)各模塊下的場(chǎng)景進(jìn)行建模，對(duì)制作完成的模型進(jìn)行優(yōu)化，降低渲染復(fù)雜度，必要時(shí)可以創(chuàng)建動(dòng)畫（骨骼動(dòng)畫）；導(dǎo)入模型或動(dòng)畫到Unity3d開發(fā)引擎，根據(jù)案件發(fā)生發(fā)展的過(guò)程設(shè)計(jì)程序，調(diào)用函數(shù)使頭戴式顯示器、手勢(shì)控制器等參與互動(dòng)；將最終結(jié)果進(jìn)行整合、測(cè)試，按需求在相應(yīng)平臺(tái)上完成發(fā)布即可?；诖朔桨傅姆缸铿F(xiàn)場(chǎng)重建實(shí)例如圖3所示。

4 結(jié)束語(yǔ)

犯罪現(xiàn)場(chǎng)重建是案件偵破乃至法庭訴訟中的重要一環(huán)，隨著技術(shù)的發(fā)展，虛擬犯罪現(xiàn)場(chǎng)重建是大勢(shì)所趨。利用3ds Max進(jìn)行三維建模，并結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)等新技術(shù)后，建立起來(lái)的虛擬犯罪現(xiàn)場(chǎng)完全解決了傳統(tǒng)重建方式信息獲取扁平化、信息展示碎片化和信息體驗(yàn)單一化的問(wèn)題。但不可否認(rèn)的是，由于虛擬犯罪現(xiàn)場(chǎng)重建既需要公安實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)，又需要掌握多種電子信息技術(shù)，系統(tǒng)開發(fā)難度大。因此，在今后的公安工作中要注意培養(yǎng)、引進(jìn)相關(guān)人才，對(duì)犯罪現(xiàn)場(chǎng)的虛擬化重建多分析、多總結(jié)，為進(jìn)一步的系統(tǒng)開發(fā)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，從而更好地服務(wù)社會(huì)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張禮. 犯罪現(xiàn)場(chǎng)重建基本問(wèn)題研究[D]. 重慶：西南政法大學(xué)，2013.

[2] 郝宏奎. 論犯罪現(xiàn)場(chǎng)重建[J]. 犯罪研究，2003，（4）：13-21.

[3] 劉向明. 犯罪現(xiàn)場(chǎng)重建辯護(hù)方法[J]. 法制博覽，2017，03 （上）：200.

[4] 梁峙，秦曉峰. 3ds Max 2014 基礎(chǔ)培訓(xùn)教程[M] . 北京：人民郵電出版社，2017.

[5] Osman M R，Tahar K N. 3D accident reconstruction using low-cost imaging technique[J]. Advances in Engineering Software，2016，（ 100 ）：231-237.

[6] 繆盾，吳競(jìng). 基于Agisoft Photoscan的圖像三維重建及精度研究[J]. 測(cè)繪工程，2017，26（8）：41-44.

[7] 劉廣迪，秦靜，關(guān)思敏，等. 光編碼技術(shù)在犯罪現(xiàn)場(chǎng)重建中的應(yīng)用[J]. 電腦知識(shí)與技術(shù)，2016，12（20）：221-223.

[8] 劉晉，禹鵬，白雋瑄，等. 基于三維激光掃描技術(shù)的犯罪現(xiàn)場(chǎng)重建[J]. 刑事技術(shù)，2017，42（6）：476-481.

[9] 茶樹網(wǎng)學(xué)院. 讓渲染更出彩的39個(gè)妙招[J]. 藝術(shù)教育，2018（16）：49-57.

[10] 白雪，白永國(guó)，丁文昊. 互聯(lián)網(wǎng)+720°全景影像展示平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 吉林化工學(xué)院學(xué)報(bào)，2018，35（3）：83-86.

[11] 石權(quán)洲，黃國(guó)政. 基于3ds Max與Pano2VR的校園全景漫游系統(tǒng)[J]. 信息與電腦（理論版），2014（10）：159-160.

[12] 郭宏，劉太元，繆青海，等. 基于Delta3D仿真引擎的深水氣田水下生產(chǎn)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 中國(guó)海上油氣，2013，25（1）：69-72.

[13] 朱福全，楊麗平，許波. 基于Virtools技術(shù)的犯罪現(xiàn)場(chǎng)三維重建[J].四川警察學(xué)院學(xué)報(bào)，2014，26（1）：52-57.

[14] 彭芳樂(lè)，宋尚，王印鵬. 基于Quest3D平臺(tái)的地下綜合體虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)[J]. 地下空間與工程學(xué)報(bào)，2014，10（S1）：1506-1513.

[15] 屈宇軒，王俊潔. 基于虛幻引擎的3D虛擬校園漫游系統(tǒng)建設(shè)[J]. 電子技術(shù)與軟件工程，2018（12）：142-143.

[16] 郭仁春，霍西寶，玉錦宏，等. 基于3D Max及Unity3D技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化虛擬校園的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)[J]. 信息系統(tǒng)工程，2017（5）：121-122.

[17] Baird E，Jared G，Evan P，et al. Virtual Reality Glove[C]. San Antonio：Proceedings of the 2015 ASEE Gulf-Southwest Annual Conference，2015.

[18] Steven M L，Anna Y，Max K. Head tracking for the Oculus Rift[C]. Hong Kong：IEEE International Conference on Robotics and Automation，2014：187-194.

[19] 張帥，伍傳敏. Unity3D環(huán)境下的沉浸類虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J/OL]. [2018-09-24]. https：//doi.org/10.19504/j.cnki.issn1671-5365.20180606.001.

【通聯(lián)編輯：梁書】